林秀敏

(廣東省韶關(guān)市仁化縣錦電公司錦江電廠，廣東 韶關(guān) 512300)

1 前言

隨著電子信息技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，水電站自動化程度越來越高，主要表現(xiàn)在通過計算對整個水電站生產(chǎn)全過程進(jìn)行監(jiān)控，通過自動化設(shè)備自動監(jiān)測機(jī)組和輔助設(shè)備的狀態(tài)，發(fā)出擬定的報警信號、執(zhí)行自動操作任務(wù)。與發(fā)達(dá)國家相比，我國水電站自動化水平還很低。因此，通過水電站自動化程度的提高，逐漸擴(kuò)大自動化程度，利用好豐富的水能資源，對我國的現(xiàn)代化建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，具有十分現(xiàn)實的意義。

2 水電站電氣自動化概述

2.1 水電站電氣自動化的定義

水電站電氣自動化，是指用機(jī)械、電氣及電子設(shè)備，按預(yù)定程序?qū)λ娬局饕姎庠O(shè)備進(jìn)行自動操作和控制和監(jiān)控，能夠在無人(或少人)直接參與的情況下，按預(yù)定的計劃或程序自動地進(jìn)行[1]。

2.2 水電站電氣自動化的基本內(nèi)容

水電站自動化的主要內(nèi)容，與水電站的規(guī)模及其在電力系統(tǒng)中的地位和重要性、水電站的型式和運(yùn)行方式、電氣主接線和主要機(jī)電設(shè)備的型式和布置方式等有關(guān)[1]?？偟膩碚f，水電站自動化包括對水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀況的自動監(jiān)測和控制、對水電站輔助設(shè)備運(yùn)行狀況的自動檢測與監(jiān)視以及對水電站主要電氣設(shè)備的監(jiān)視、控制、保護(hù)等方面。

2.2.1 對水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀況的自動監(jiān)測和控制

一方面，通過對水輪發(fā)電機(jī)組開停機(jī)和并列、發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相和調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電等的自動化，使得發(fā)電機(jī)組各項操作按設(shè)定的程序自動完成;另一方面，自動維持水輪發(fā)電機(jī)組在較為經(jīng)濟(jì)條件下運(yùn)行，根據(jù)系統(tǒng)要求和電站的具體條件自動選擇最佳運(yùn)行機(jī)組數(shù)，在機(jī)組間實現(xiàn)負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷變化自動調(diào)節(jié)機(jī)組的有功和無功功率等。此外，還可以在工作機(jī)組發(fā)生事故或電力系統(tǒng)頻率降低時，自動啟動備用機(jī)組并切換至備用機(jī)組;系統(tǒng)頻率過高時，則可自動切除部分機(jī)組以降低頻率[2]。

2.2.2 對水電站輔助設(shè)備運(yùn)行狀況的自動檢測與監(jiān)視

水輪發(fā)電機(jī)組輔助設(shè)備主要包括水電站油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、技術(shù)供水系統(tǒng)、水系統(tǒng)、水輪機(jī)的進(jìn)水閥及常用閥門、水電站廠房及設(shè)備布置等。完成對水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備運(yùn)行工況的監(jiān)視如對發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子回路各電量的監(jiān)視，對發(fā)動機(jī)定子繞組和鐵芯以及各部軸承溫度的監(jiān)視，對機(jī)組潤滑和冷卻系統(tǒng)工作的監(jiān)視，對機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)工作的監(jiān)視等[2]。當(dāng)相應(yīng)輔助設(shè)備發(fā)生不正常工作狀態(tài)或發(fā)生事故時，迅速而自動地采取相應(yīng)的保護(hù)措施，如發(fā)出信號或緊急停機(jī)。

2.2.3 對水電站主要電氣設(shè)備的監(jiān)視、控制、保護(hù)

水電站主要電氣設(shè)備包括電站主接線及其接入方式、短路電流計算、高低壓設(shè)備的工作原理及其選擇應(yīng)用、配電裝置及布置、防雷保護(hù)等電氣一次設(shè)備，以及控制、信號、測量、同期等電站常規(guī)二次回路及部分計算機(jī)控制回路。通過水電站的電氣自動化設(shè)備，可以實現(xiàn)事故發(fā)生時對于各種水電站設(shè)備(如電氣設(shè)備、油泵、攔污柵等)的自動控制、監(jiān)視和保護(hù)。以攔污柵為例，通過水電站電氣自動化設(shè)備可以實現(xiàn)攔污柵工作狀態(tài)、堵塞情況的實施監(jiān)測，并且可以針對攔污柵上下游的水位進(jìn)行即時測量和反饋等[3]。

2.3 水電站電氣自動化的主要目的

水電站自動化就是要使水電站生產(chǎn)過程的操作、控制和監(jiān)視，能夠在無人(或少人)直接參與的情況下，按預(yù)定的計劃或程序自動地進(jìn)行。水電站自動化程度是水電站現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志，同時，自動化技術(shù)又是水電站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行必不可少的技術(shù)手段。水電站自動化的作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

2.3.1 提高員工工作效率

由于我國大部分的水電站都修建在相對偏僻的山區(qū)或地理環(huán)境相對較為惡劣的環(huán)境。實現(xiàn)自動化后的水電站工作可以在一定程度上依靠相關(guān)自動化設(shè)備來進(jìn)行工作，可以通過計算機(jī)遠(yuǎn)程來進(jìn)行控制。這樣一方面對于員工工作環(huán)境有了較大的改善，另一方面計算機(jī)的應(yīng)用也較大的降低了惡劣環(huán)境的工作強(qiáng)度、提升了員工工作積極性和效率。

2.3.2 有利于水電站運(yùn)營成本控制

隨著電氣自動化在水電站的普遍應(yīng)用，一方面提高了員工生產(chǎn)效率，降低所需的勞動力總量，這對于水電站運(yùn)營成本的控制是大有裨益的。另一方面，隨著自動化的實現(xiàn)，相關(guān)智能配電系統(tǒng)可以根據(jù)計算機(jī)系統(tǒng)、水電站具體條件來進(jìn)行合理的資源配置，機(jī)械設(shè)備的靈活使用，幫助水電站實現(xiàn)最優(yōu)調(diào)度，充分利用資源，這對于水電站運(yùn)營成本控制和最佳經(jīng)濟(jì)效益實現(xiàn)起著十分重要的作用[4]。在沒有將電氣自動化應(yīng)用到水電站實際生產(chǎn)實踐之前，大部分的調(diào)度工作都需要依靠相關(guān)人員的經(jīng)驗來進(jìn)行，這樣的經(jīng)驗操作并不是很科學(xué)，尤其是對于本身運(yùn)行條件和環(huán)境較為復(fù)雜的水電站而言，往往依靠經(jīng)驗來實現(xiàn)時存在對對于資源利用不夠充分、甚至資源浪費(fèi)情況嚴(yán)重等現(xiàn)象。自動化很好的實現(xiàn)了資源的整合利用、靈活調(diào)配等功能，極大程度上幫助水電站實現(xiàn)了運(yùn)營成本的有效管控。

2.3.3 保障相關(guān)工作科學(xué)、有效執(zhí)行

不同于早期以人工為主的水電站工作內(nèi)容分配，在實現(xiàn)電氣自動化后，大部分的工作都可以通過計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的自動配置，及時、快速、準(zhǔn)確的進(jìn)行相關(guān)設(shè)備、狀態(tài)、事故等預(yù)警、通報、記錄等。水電站電氣自動化對于水電站相關(guān)工作的科學(xué)、有效執(zhí)行起著不可或缺的作用，比如通過電氣自動化設(shè)備可以進(jìn)行各項系統(tǒng)控制，這可以減少由于人工操作不當(dāng)引發(fā)的事故。如果出現(xiàn)緊急事故，也可以通過自動化系統(tǒng)來控制相關(guān)設(shè)備，保障整體水電站生產(chǎn)系統(tǒng)安全，從而確保最終用戶用電安全。此外，電氣自動化應(yīng)用對于最終電能質(zhì)量的保障也是有著十分重大的現(xiàn)實意義的。如果僅依靠人工操作，是無法較好實現(xiàn)電能質(zhì)量穩(wěn)定的，自動化的應(yīng)用能較好的幫助水電站確保調(diào)度精度，保證電壓或頻率維持在規(guī)定所要求的范圍。

3 水電站電氣自動化的應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢

隨著我國計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，電氣自動化也開始在水電站中得到廣泛應(yīng)用，以水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為代表的模塊化自動化應(yīng)用正在逐漸替代傳統(tǒng)的人工控制系統(tǒng)。以下我們將以水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為例，來進(jìn)行電氣自動化在水電站應(yīng)用現(xiàn)狀的介紹。

水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要構(gòu)成部分包括計算機(jī)主機(jī)、相關(guān)智能監(jiān)控轉(zhuǎn)至、繼電保護(hù)設(shè)備等，主要是通過相關(guān)通信網(wǎng)絡(luò)將主控機(jī)、智能設(shè)備和各個監(jiān)控點進(jìn)行有機(jī)連接，根據(jù)不同模塊功能進(jìn)行分工，從而實現(xiàn)整體環(huán)境的綜合實時監(jiān)測、控制[5]。

首先，該系統(tǒng)主要是采用開放式的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，具有十分優(yōu)良的擴(kuò)展性;其次，由于該系統(tǒng)是采用的分布式計算系統(tǒng)，因此在具體操作和使用時具備較高的靈活性，能夠根據(jù)監(jiān)控對象的不同進(jìn)行功能的自動配置;再次，該自動化系統(tǒng)的可靠性較高并且易操作;最后，由于其采用微軟windows系統(tǒng)進(jìn)行界面開發(fā)，因此其使用界面十分友好，便于水電站相關(guān)使用人員工作過程中的操作和控制。通過該自動化系統(tǒng)，水電站主要能實現(xiàn)以下功能：水電站主要電氣設(shè)備使用數(shù)據(jù)、運(yùn)行情況的自動收集、監(jiān)控與故障反饋;智能調(diào)度和資源調(diào)配;核心生產(chǎn)設(shè)備(比如核心線路、發(fā)電機(jī)等)的實時監(jiān)測與保護(hù);水電站運(yùn)營管理自動化，比如生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)報表、設(shè)備故障率、資源利用率等;即時信息共享，比如對于關(guān)鍵崗位操作記錄、水情監(jiān)測情況、智能調(diào)度情況等信息的即時共享。隨著計算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)等不斷發(fā)展和在水電站應(yīng)用的深化，通過電氣自動化將會實現(xiàn)越來越多的功能。未來電氣自動化的發(fā)展方向會更加的智能、高效。

4 結(jié)論

總而言之，電氣自動化在水電站的廣泛應(yīng)用對于水電站經(jīng)營效率、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益都有較大的提升，并能極大的改善現(xiàn)有員工工作環(huán)境、工作條件，從而實現(xiàn)電能質(zhì)量的保障、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性的保證。隨著我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和工業(yè)升級改造工作拉開序幕，我國各類型水電站應(yīng)當(dāng)充分考慮到自身生產(chǎn)和經(jīng)營實踐情況，有的放矢地將電氣自動化應(yīng)用到生產(chǎn)經(jīng)營中，幫助水電站提升水資源的開發(fā)使用程度和效率，避免資源浪費(fèi)和造成污染。此外，由于自動化系統(tǒng)對于操作人員技術(shù)水平要求較高，因此水電站經(jīng)營管理者需要重視電氣自動化設(shè)備操作人員的技術(shù)水平提升的需求，在有能力的條件下企業(yè)應(yīng)當(dāng)定期安排技能培訓(xùn)課程，保證相關(guān)操作人員的綜合能力和素質(zhì)，及時更新相關(guān)人員的知識結(jié)構(gòu)和技術(shù)水平，尤其需要避免由于人工操作不當(dāng)或技術(shù)水平不到位所造成的安全隱患或事故。

[1]張秀麗.關(guān)于水電站電氣自動化應(yīng)用問題的探討[J]. 大家，2010(6)：190.

[2]苑清敏，張強(qiáng).水電站電氣自動化應(yīng)用問題的探討[J]. 黑龍江科技信息，2011(9)：33.

[3]賀佰圭.關(guān)于水電站電氣自動化應(yīng)用問題的探討[J]. 廣東科技，2012(7)：113-114.

[4]劉穎.水電站電氣自動化應(yīng)用實踐探究[J].水利科技，2012(7)：150.